DE2359797B2

DE2359797B2 - SWITCHABLE OPTICAL WAVE GUIDE DEVICE

Info

Publication number: DE2359797B2
Application number: DE19732359797
Authority: DE
Inventors: Donald Jones Cranbury N.J. Channin (V.St.A.)
Original assignee: RCA Corp
Current assignee: RCA Corp
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1973-11-30
Publication date: 1977-12-15
Also published as: DE2359797A1; DE2359797C3

Description

'σ 2 zeigt schematisch eine Möglichkeit, wie man . j_em in Fig. 1 dargestellte· Wellenleiter die'σ 2 shows schematically one way of how to get. j _em in Fig. 1 illustrated · waveguide, the

F^gangs-Lichtenergie an der einen Seite zuführen undF ^ gangs light energy on one side and supply

α- Ausgangs-Lichtenergie an der anderen Seite pntnehmenkann; can take out α output light energy on the other side;

p· 3 erläutert eine Ausführungsform der Erfindung, · _welcher die beabstandeten Elektroden auf einerp · 3 illustrates an embodiment of the invention, · _w hich the spaced electrodes on a

Oberfläche eines elektrooptischen Kristalls so angeord-. _sin(j daß sich ein optischer Umschalter ergibt, derSurface of an electro-optical crystal so arranged. _{sin (} j that there is an optical switch that

beispielsweise die am Eingang zugeführte Lichtenergie ahlweise auf einen ersten oder einen zweiten Ausgang übertragen kann.For example, the light energy supplied at the input is sent to a first or a second output can transfer.

Die F i g· 1 _zeigt einen optischen Wellenleiter des in der obenerwähnten Veröffentlichung beschriebenen TvDS Dieser Wellenleiter enthält einer Körper 10 aus einem elektrooptischen Kristall wie z.B. LiNbO₃, welcher für bestimmte Lichtwellen durchlässig ist. Die bere Fläche des Kristallkörpers 10 ist mit 2 Elektroden 12 und 14 belegt, die parallel und im Abstand zueinander verlaufen. Die Elektroden 12 und 14 definieren zwischen sich eine örtlich begrenzte dielektrische Zone 16 des Kristalls 10. Von einer Steuerspannungsquelle 18 ist wenigstens eine Steuerspannung abnehmbar, die über He Leitungen 20 und 22 zwischen die Elektroden 12 und 14 gelegt 'wird. Wie später noch im einzelnen noch anhand der F i g. 3 und 4 beschrieben werden wird, kann die Steuerspannungsquelle 18 auch mehrere SteuersDannungen liefern. In allen Fällen kann die von der Steuerspannungsquelle 18 an die Elektroden 12 und 14 gelegte Spannung eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein und entweder eine konstante oder eine sich zeitlich ändernde Amplitude haben. Wie mit den gestrichelten Linien 24 angedeutet ist, erzeugt die zwischen den Elektroden 12 und 14 vorhandene Spannung: ein elektrisches Feld dem Dielektrikum des Kristalls 10, und zwar in der Nähe der Zone 16. Die absolute Stärke dieses elektrischen Feldes hängt zwar vom Betrag der Spannung zwischen den Elektroden 12 und 14 ab, jedoch ist die Feldstärke (der Spannungsgradient) die durch den Abstand zwischen benachbarten gestrichelten Linien 24 angezeigt wird, an der oberen Fläche 10 des Kristalls unmittelbar zwischen den nebeneinanderliegenden Rändern der Elektroden 12 und 14 stets am größten und nimmt mit zunehmender Tiefe im Kristall 10 oder mit zunehmendem Abstand von den nebeneinanderliegenden Rändern der Elektroden 12 und 14 ab.The F ig · 1 _ze IGT an optical waveguide of the described in the above mentioned publication TvdS This waveguide comprises a body 10 made of an electro-optic crystal such as LiNbO _3, which is permeable to certain light waves. The area of the crystal body 10 is covered with two electrodes 12 and 14, which run parallel and at a distance from one another. The electrodes 12 and 14 define a locally limited dielectric zone 16 of the crystal 10 between them. As will be explained later in detail with reference to FIGS. 3 and 4, the control voltage source 18 can also supply multiple control voltages. In all cases, the voltage applied to the electrodes 12 and 14 by the control voltage source 18 can be a direct voltage or an alternating voltage and have either a constant or a time-varying amplitude. As indicated by the dashed lines 24, the voltage present between the electrodes 12 and 14 generates: an electric field the dielectric of the crystal 10, specifically in the vicinity of the zone 16. The absolute strength of this electric field depends on the magnitude of the voltage between the electrodes 12 and 14, but the field strength (the voltage gradient), which is indicated by the distance between adjacent dashed lines 24, is always greatest and increases on the upper surface 10 of the crystal immediately between the adjacent edges of the electrodes 12 and 14 with increasing depth in crystal 10 or with increasing distance from the adjacent edges of electrodes 12 and 14.

Die F i g 2 zeigt neben dem Kristall 10, den Elektroden 12 und 14, der Zone 16, der Steuersignalnuelle 18 und den Leitungen 20 und 22 eine Einrichtung für die Zuführung von Lichtenergie an einem Ende der Zone 16 und für die Entnahme dieser Lichtenergie am anderen Ende der Zone 16. Diese Einrichtung enthalt eine Konvexlinse 25, die von einem Strahl 26 gegebener Lichtwellenenergie bestrahlt werden kann und so angeordnet ist, daß ihre Bildebene mit dem linken Ende der Zone 16 zusammenfällt, so daß die Lichtenerg.e des Strahls 24 auf das linke Ende der Zone 16 okuss.ert wird im Falle der F i g. 2 ist der Strahl 26 kolhm.ert so laß die Bildebene der Linse 25 gleichzeitig die Brennebene ist. Im allgemeinen Fall nicht dargestellt), d h. wenn der Strahl 26 kein Parallelstrah! ist sondern entweder konvergiert oder divergiert, dann fallt die Bildebene der Linse 25 natürlich nicht mit ihrer Brennebene zusammen. In entsprechender We.se wird, wenn man das rechte Ende der Zone 16 in die Brennebene einer weiteren Konvexlinse 28 leert, der vom rechten Ende der Zone 16 ausgehende divergierende Lichtstrahl zu einem parallelen Ausgangsstrahl 30.In addition to the crystal 10, the electrodes 12 and 14, the zone 16, FIG. 2 shows the control signal source 18 and lines 20 and 22 a device for the supply of light energy at one end of the Zone 16 and for the extraction of this light energy at the other end of Zone 16. This facility contains a convex lens 25 which can be irradiated by a beam 26 of given light wave energy, and so on is arranged that their image plane with the left end of zone 16 coincides, so that the light energies of beam 24 okuss.ert on the left end of zone 16 in the case of FIG. 2 is the beam 26 kolhm.ert so let the image plane of the lens 25 simultaneously be the Focal plane is. In the general case not shown), i. if the beam 26 is not a parallel beam! is rather either converges or diverges, then of course the image plane of the lens 25 does not coincide with it Focal plane together. In a corresponding manner, if you move the right end of zone 16 into the The focal plane of a further convex lens 28 empties, the diverging one emanating from the right end of the zone 16 Light beam to a parallel output beam 30.

Die Linsen 25 und 28 sind nur ein Beispiel dafür, wie man die Lichtenergie an der Zone 16 zuführen und entnehmen kann. Statt der Linse 25 und/oder der Linse 28 können in an sich bekannter V/eise auch Prismen, Beugungsgitter oder holographische Koppler verwendet werden. Anstatt die Lichtenergie außerhalb zu erzeugen und dann in den Kristall 10 zu koppeln, kann man auch eine Lichtquelle, wie z. B. einen Festkörperlasser direkt im Wellenleiteraufbau vorsehen. In ähnlicher Weise kann zur Bereitstellung eines elektrischen Ausgangssignals ein optoelektronisches Element wie z. B. ein Phototransistor direkt in den Lichtwellenleiter eingebaut werden.Lenses 25 and 28 are just one example of how to deliver the light energy to zone 16 as well can be found. Instead of the lens 25 and / or the lens 28, prisms, Diffraction gratings or holographic couplers can be used. Instead of the light energy outside too generate and then couple in the crystal 10, you can also use a light source, such as. B. a solid state laser Provide directly in the waveguide structure. Similarly, it can be used to provide an electrical Output signal an optoelectronic element such. B. a phototransistor directly into the optical fiber to be built in.

Es sei nun die Arbeitsweise des in den Fig. 1 und 2 dargestellten optischen Wellenleiters beschrieben. Wenn sich in einem optischen Medium mit relativ hohem Brechungsindex Licht ausbreitet und dieses Licht auf eine Grenze zwischen diesem Medium und einem Medium mit niedrigerem Brechungsindex trifft, dann wird es bekanntlich nur dann totalreflektiert, wenn sein Einfallswinkel an dieser Grenze gleich oder größer ist dem sogenannten Grenzwinkel der Totalreflexion. Der Sinus dieses Grenzwinkels ist gleich dem Verhältnis des niedrigeren Brechungsindex zum höheren Brechungsindex. Bei jedem dielektrischen Wellenleiter hängt der Einfallswinkel sowohl vom Schwingungstyp der dem Wellenleiter zugeführten Lichtenergie als auch vom Wert des höheren Brechungsindex des Dielektrikums ab.The operation of the optical waveguide shown in FIGS. 1 and 2 will now be described. When light propagates in an optical medium with a relatively high refractive index, and this Light hits a boundary between this medium and a medium with a lower refractive index, then, as is well known, it is only totally reflected if its angle of incidence at this limit is equal to or greater is the so-called critical angle of total reflection. The sine of this critical angle is equal to the ratio the lower refractive index to the higher refractive index. With every dielectric waveguide the angle of incidence depends on both the type of oscillation of the light energy supplied to the waveguide and on the value of the higher refractive index of the dielectric.

Bei einem elektrooptischen Kristall wie z. B. dem Kristall 10 gibt es keine scharfe Grenze zwischen einem Bereich mit hohem Brechungsindex und einem Bereich mit niedrigem Brechungsindex. Solange jedoch der Spannungsgradient zwischen den Elektroden 12 und 16 einen bestimmten Mindestwert überschreitet, (der abhängt vom elektrooptischen Koeffizienten des Kristal's 10 und vom Schwingungstyp der am linken Ende der Zone 16 eingekoppelten Lichtenergie), wird das Licht auf seinem Weg vom linken Ende zum rechten Ende durch Totalreflexion innerhalb der Zone 16 gehalten. Die effektive Tiefe und in geringerem Ausmaß auch die effektive Breite der Zone 16, in der die Totalreflexion stattfindet, ist nicht konstant sondern ändert sich als direkte Funktion des Werts der zwischen den Elektroden 12 und 14 liegenden Spannung.In the case of an electro-optic crystal such as e.g. B. the crystal 10 there is no sharp boundary between one High refractive index area and a low refractive index area. As long as the The voltage gradient between the electrodes 12 and 16 exceeds a certain minimum value (the depends on the electro-optic coefficient of the crystal 10 and the type of oscillation on the left End of zone 16 coupled light energy), the light is on its way from the left end to the right End held within zone 16 by total internal reflection. The effective depth and to a lesser extent also the effective width of the zone 16 in which the total reflection takes place is not constant but rather varies as a direct function of the value of the voltage between electrodes 12 and 14.

Da die verfügbaren elektrooptischen Kristalle relativ kleine elektrooptische Koeffizienten haben, muß man normalerweise für verhältnismäßig hohe Spannungsgradienten sorgen (bei LiNbOs z. B. in der Größenordnung von einer Million Volt pro Meter), damit sich der Brechungsindex des Kristalls stark genug ändert. Wenn man also die angelegte Spannung in vernünftigen Grenzen halten will, dann muß man die Breite der Zone 16 zwischen den benachbarten Rändern der Elektroden 12 und 14 ziemlich klein halten. Diese Breite beträgt z. B. nur 70 μΐη. Um zu verhindern, daß sich zwischen den Elektroden 12 und 14 infolge der angelegten Spannung Lichtbogen bilden, sollten die Elektroden lackiert sein. Das Vorhandensein eines hohen Gleichspannungsgradienten in bestimmten Bereichen des Kristalls 10 bringt außerdem die Gefahr mit sich, daß der Brechungsindex dieser Bereiche bleibend verändert wird. Dies läßt sich dadurch verhindern, daß man mittels der Steuersignalquelle 18 eine Wechselspannung z. B. von 60 Hz zwischen die Elektroden 12 und 14 legt. In diesem Fall wirkt die Zone 16 jedoch nur während Zeiten derSince the available electro-optic crystals have relatively small electro-optic coefficients, one must normally provide for relatively high voltage gradients (e.g. in the case of LiNbOs in the order of magnitude of a million volts per meter) so that the refractive index of the crystal changes sufficiently. if So if you want to keep the applied voltage within reasonable limits, you have to adjust the width of the zone 16 keep between the adjacent edges of the electrodes 12 and 14 quite small. This width is z. B. only 70 μΐη. To avoid getting between the Electrodes 12 and 14 form arcs as a result of the applied voltage, the electrodes should be painted. The presence of a high DC voltage gradient in certain areas of the crystal 10 brings about there is also the risk that the refractive index of these areas will be permanently changed. This can be prevent by means of the control signal source 18 an alternating voltage z. B. from 60 Hz between electrodes 12 and 14. In this case, however, the zone 16 is only effective during times of the

positiven Halbwellen der Wechselspannung als Wellenleiter. positive half waves of the alternating voltage as a waveguide.

Der in den F i g. 1 und 2 dargestellte einfache spannungsinduzierte Wellenleiter kann in unterschiedlicher Weise arbeiten, je nach der Art, der von der Steuersignalquelle 18 zwischen die Elektroden 12 und 14 angelegten Spannung. Wenn beispielsweise eine feste Gleichspannung oder eine Wechselspannung mit fester Amplitude geeigneter Höhe zwischen die Elektroden 12 und 14 gelegt wird, arbeitet der durch die Zone 16 ι ο gebildete Wellenleiter lediglich als optische Leitung. Wenn jedoch die Steuersignalquelle 18 so betrieben wird, daß sie die Spannung entsprechend einem digitalen Signal ein- und ausschaltet, dann erhält man einen Digitalmodulator, in welchem die Lichtenergie nur während derjenigen Zeitabschnitte vom linken zum rechten Ende der Zone 16 übertragen wird, in denen die Steuersignalquelle 18 die Spannung zwischen den Elektroden 12 und 14 einschaltet. Während der restlichen Zeiten, d. h. wenn zwischen den Elektroden 12 und 14 keine Spannung liegt, wird das am linken Ende der Zone 16 eintretende Licht über den gesamten Kristall 10 gestreut und tritt nicht am rechten Ende der Zone 16 aus. Wenn man die Amplitude der von der Steuersignalquelle 18 an die Elektroden 12 und 14 gelegten Spannung entsprechend einem Analogsignal verändert, dann kann der in den F i g. 1 und 2 gezeigte Wellenleiter als Analogmodulator arbeiten. In diesem Fall ändert sich die effektive Grenze der Zone 16 aus den oben beschriebenen Gründen mit der Augenblicksamplitude der angelegten Analogspannung, denn die Tiefe der Zone 16 ist bei höheren Amplituden größer als bei niedrigeren Amplituden. Je nach der Augenblicksamplitude des Analogsignals wird also ein mehr oder weniger großer Teil des von dem fokussierten Lichtstrahl am linken Ende des Kristalls 10 erzeugten Lichtflecks innerhalb der Grenze der Zone 16 liegen, während der übrige Teil auf das Gebiet außerhalb dieser Grenze fällt. Nur der innerhalb der besagten Grenze liegende Anteil wird durch den Wellenleiter zum rechten Ende übertragen, und der restliche Teil wird über den Kristall 10 abgestreut. Somit ändert sich die Intensität der ausgangsseitigen Lichtenergie in Übereinstimmung mit der zwischen die Elektroden 12 und 14 gelegten Analogspannung.The in the F i g. 1 and 2 illustrated simple stress-induced waveguides can be in different Way, depending on the type of control signal source 18 between electrodes 12 and 14 applied voltage. For example, if a fixed DC voltage or an AC voltage with a fixed Amplitude of a suitable height is placed between the electrodes 12 and 14, the works through the zone 16 ι ο formed waveguide only as an optical line. However, when the control signal source 18 is operated is that it turns the voltage on and off according to a digital signal, then one obtains a digital modulator, in which the light energy only during those periods of time from the left to the right end of the zone 16 is transmitted, in which the control signal source 18 the voltage between the Electrodes 12 and 14 turns on. During the remaining times, i. H. if between the electrodes 12 and 14 is no voltage, the light entering the left end of zone 16 will be over the entire area Crystal 10 is scattered and does not emerge at the right end of zone 16. If you consider the amplitude of the Control signal source 18 applied to the electrodes 12 and 14 voltage in accordance with an analog signal changed, then the in the F i g. 1 and 2 work as an analog modulator waveguides. In this In this case, the effective limit of zone 16 changes with the instantaneous amplitude for the reasons described above the applied analog voltage, because the depth of zone 16 is greater than at higher amplitudes at lower amplitudes. Depending on the instantaneous amplitude of the analog signal, a more or less large part of the generated by the focused light beam at the left end of the crystal 10 Light spots lie within the boundary of zone 16, while the remaining part is on the area outside of this Limit falls. Only the portion lying within the said limit becomes through the waveguide to the transferred to the right end, and the remaining part is scattered over the crystal 10. So the changes Intensity of the light energy on the output side in accordance with that between the electrodes 12 and 14 applied analog voltage.

Gegenüber dem in den Fig. 1 und 2 gezeigten simplen Fall zweier paralleler Elektroden lassen sich durch besonders gewählte Konfigurationen beabstandeter Elektroden kompliziertere Wellenleiteranordnungen schaffen, die man so ausbilden kann, daß sie die ihnen zugeführte Lichtenergie in einer Weise übertragen, die von der jeweils gewählten Elektrodenkonfiguration abhängt. Man erhält dadurch komplizierte optische Systeme, die ganz bestimmte Funktionen durchführen können.Compared to the simple case of two parallel electrodes shown in FIGS. 1 and 2, more complicated waveguide arrangements due to specially chosen configurations of spaced electrodes create that can be trained to transmit the light energy supplied to them in a way that which depends on the selected electrode configuration. This results in complicated ones optical systems that can perform very specific functions.

Die Fig.3 zeigt einen elektrooptischen Kristall 10a, der den Kristall 10 in den Fig. 1 und 2 ersetzen kann. Auf der Oberfläche des Kristalls 10a befinden sich 3 Paare beabstandeter Elektroden, die jeweils zwischen sich eine dielektrische Zone definieren: das erste wi Elektrodenpaar 30, 31 definiert die dielektrische Zone 32, das zweite Elektrodenpaar 33, 34 definiert die dielektrische Zone 35 und das dritte Elektrodenpaar 36 und 37 definiert die dielektrische Zone 38. Von der Elektrode 30 zur Elektrode 33 erstreckt sich eine erste ^hl> Koppclelektrode 39, und von der Elektrode 31 zur Elektrode 37 erstreckt sich eine zweite Koppelelektrode 40. Außerdem ist noch eine dritte Koppelelektrode 41 mit dreieckiger Gestalt vorgesehen, deren eine Seite mit den Enden der Elektroden 34 und 36 zusammenwirkt. Die dieser Seite gegenüberliegende Spitze des Dreiecks liegt an einem Punkt zwischen den Enden der Elektroden 30 und 31.FIG. 3 shows an electro-optical crystal 10a which can replace the crystal 10 in FIGS. 1 and 2. On the surface of the crystal 10a there are 3 pairs of spaced electrodes, each defining a dielectric zone between them: the first pair of electrodes 30, 31 defines the dielectric zone 32, the second pair of electrodes 33, 34 defines the dielectric zone 35 and the third pair of electrodes 36 and 37, the dielectric region defined 38. from the electrode 30 to the electrode 33 extends a first ^hl> Koppclelektrode 39, and from electrode 31 to electrode 37, a second coupling electrode extends 40. In addition, a third coupling electrode 41 with a triangular shape one side of which cooperates with the ends of the electrodes 34 and 36. The apex of the triangle opposite this side lies at a point between the ends of the electrodes 30 and 31.

Die erste Koppelelektrode 39 und die dritte Koppelelektrode 41 sind im Abstand zueinander angeordnet, und bilden zwischen sich eine dielektrische Zone 42, die sich von der dielektrischen Zone 32 des ersten Elektrodenpaars zur dielektrischen Zone 35 des zweiten Elektrodenpaars erstreckt. In ähnlicher Weise liegen die zweite Koppelelektrode 40 und die dritte Koppelelektrode 41 in einem derartigen Abstand zueinander, daß sie zwischen sich eine dieelektrische Zone 43 bilden, die sich von der dielektrischen Zone 32 des ersten Elektrodenpaars zur dielektrischen Zone 38 des dritten Elektrodenpaars erstreckt. Die Koppelelektroden 39, 40 und 41 liegen innerhalb eines mittleren Bereichs der Oberfläche des Kristalls 10a, von dem das erste, das zweite und das dritte Elektrodenpaar sternförmig ausgehen.The first coupling electrode 39 and the third coupling electrode 41 are at a distance from one another arranged, and form between them a dielectric zone 42, which extends from the dielectric zone 32 of the first pair of electrodes to the dielectric zone 35 of the second pair of electrodes extends. In a similar way the second coupling electrode 40 and the third coupling electrode 41 lie at such a distance to each other that they form between them a dielectric zone 43 which extends from the dielectric zone 32 of the first pair of electrodes to the dielectric zone 38 of the third pair of electrodes. The coupling electrodes 39, 40 and 41 are within a central area of the surface of the crystal 10a of which the first, second and third pairs of electrodes go out in a star shape.

Die in F i g. 3 gezeigte Anordnung kann als Umschalter verwendet werden, um die aus der Zone 32 zwischen dem ersten Elektrodenpaar herangeführte Lichtenergie entweder zur Zone 35 ^s zweiten Elektrodenpaars oder zur Zone 38 des dritten Elektrodenpaars zu koppeln.The in F i g. The arrangement shown in FIG. 3 can be used as a toggle switch to switch between the first pair of electrodes brought light energy either to the zone 35 ^ s second pair of electrodes or to couple to zone 38 of the third pair of electrodes.

Zur Erläuterung der Arbeitsweise der in Fig.3 gezeigten Anordnung sei angenommen, daß dem unteren Ende der Zone 32 Eingangsenergie in Form von Lichtwellen zugeführt wird. Wenn zwischen die Elektroden 30 und 31 deb ersten Elektrodenpaars durch eine Steuersignalquelle, wie z. B. durch die Quelle 18 nach den F i g. 1 und 2, eine geeignete Spannung gelegt wird (wie es in Fig.3 durch Pluszeichen und Minuszeichen angedeutet ist), dann wird die in Richtung des Pfeils einfallende Lichtenergie über den durch die Zone 32 gebildeten Wellenleiter zum oberen Ende dieser Zone übertragen, wie es im Zusammenhang mit dem Wellenleiter nach den F i g. 1 und 2 beschrieben worden ist. Die am oberen Ende der Zone 32 des ersten Elektrodenpaars ankommende Lichtenergie kann nun entweder durch die Zone 42 zur Zone 35 des zweiten Elektrodenpaars oder durch die Zone 43 zur Zone 38 des dritten Elektrodenpaars übertragen werden. Wenn man die Elektrode 41 auf ein Bezugspotential und die Elektrode 39 auf ein negatives Potential und die Elektrode 40 auf ein Bezugspotential legt, wie es in F i g. 3 gezeigt ist, dann wirkt die Zone 42 als optischer Wellenleiter, während die Zone 43 eine solche Wirkung nicht zeigt. Daher wird die vom obereren Ende der Zone 32 ausgehende Lichlenergie allein in die Zone 42 übertragen und tritt nach Durchlaufen dieser Zone in die Zone 35 des zweiten Elektrodenpaars ein. Wie in F i g. 3 angedeutet, wird zwischen die Elektroden 33 und 34 eine geeignete Spannung gelegt, damit die am unteren Ende dieses Elektrodenpaars eintretende Lichtenergie durch die Zone 35 übertragen wird und am oberen Ende dieser Zone austritt, wie es mit dem linken oberen Pfeil gezeigt ist.To explain the operation of the arrangement shown in Figure 3, it is assumed that the lower end of the zone 32 input energy is supplied in the form of light waves. If between the Electrodes 30 and 31 deb first pair of electrodes by a control signal source, such as. B. through the source 18 according to the F i g. 1 and 2, a suitable voltage is applied (as shown in Fig. 3 by plus signs and Minus sign is indicated), then the incident light energy in the direction of the arrow is transmitted through the Zone 32 formed waveguide transmitted to the upper end of this zone, as is related to the waveguide according to FIGS. 1 and 2 has been described. The one at the top of zone 32 of the first Electrode pair incoming light energy can now either through the zone 42 to the zone 35 of the second Electrode pair or through the zone 43 to the zone 38 of the third pair of electrodes. if the electrode 41 to a reference potential and the electrode 39 to a negative potential and the Electrode 40 applies a reference potential, as shown in FIG. 3, then the zone 42 acts as more optical Waveguide, while zone 43 does not show such an effect. Hence the one from the top of the zone 32 outgoing light energy is transferred to zone 42 alone and enters after passing through this zone the zone 35 of the second pair of electrodes. As in Fig. 3 indicated, is between the electrodes 33 and 34 a suitable voltage is applied so that the occurring at the lower end of this pair of electrodes Light energy is transmitted through zone 35 and exits at the top of this zone, as is the case with the left upper arrow is shown.

Wenn andererseits die Elektrode 39 auf Bezugspotential und die Elektrode 40 auf positives Potential gelegt wird, dann wird die vom oberen Ende der Zone 32 ausgehende Lichtenergie allein durch die Zone 43 und dann durch die Zone 38 des dritten Elektrodenpaars geleitet. In diesem Fall tritt die Lichtenergie am oberen Ende der Zone 38 aus, wie es mit dem rechten oberen Pfeil in Fig. 3gezeigt ist.On the other hand, when the electrode 39 is at reference potential and the electrode 40 is placed at positive potential, then that of the upper end of the zone 32 outgoing light energy solely through zone 43 and then through zone 38 of the third pair of electrodes directed. In this case the light energy exits at the upper end of the zone 38, as it does with the upper right Arrow in Fig. 3 is shown.

Bei der vorstehend beschriebenen Betriebsweise der in Fig.3 gezeigten Anordnung wurde die einfallende Lichtenergie auf einen ersten gemeinsamen Eingang gegeben und (in der Zeichnung nach oben) zu dem einen oder anderen der beiden Ausgänge geleitet. Der Betrieb kann jedoch auch so geändert werden, daß eineIn the above-described mode of operation of the arrangement shown in FIG Light energy is given to a first common input and (in the drawing upwards) to the one or other of the two outputs. However, the operation can be changed so that a

Fortpflanzung des Lichts von diesem einzelnen Eingang zu beiden Ausgängen möglich ist. Da die Wellenleiter Lichtenergie in beiden Richtungen übertragen können, ist es außerdem möglich, die Ausbreitungsrichtung der Lichtenergie innerhalb der in Fig. 3 gezeigten Anordnung umzukehren.Propagation of light from this single entrance to both exits is possible. Because the waveguide Can transmit light energy in both directions, it is also possible to determine the direction of propagation of the Reverse light energy within the arrangement shown in FIG.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Switchable optical waveguide device with a body of electro-optical !, for to be conductive Light waves essentially transparent crystal and several spaced strip-shaped electrodes, which are all arranged on the same surface of the crystal and at least one pair of spaced apart electrodes which form a crystal zone between them limit that when applying a given voltage between the electrodes of the pair as Waveguide acts for the light waves to be conducted, characterized in that three of each other separate pairs of electrodes (30,31; 33, 34; 36,37) are provided, each with one end to a switching arrangement that is separate from them adjoin three additional electrodes (39, 40, 41), of which the first electrode (39) is from the end of one electrode (30) of the first pair to the end of one electrode (33) of the second Pair and the second electrode (40) from the end of the other electrode (31) of the first pair to End of one electrode (37) of the third pair extends, while the third additional electrode (41) lies side by side between the first and second additional electrodes (39,40) and from the Ends of the other electrodes (34, 36) of the second and third pairs to a point between the Ends of the electrodes (30, 31) of the first pair extends, and that to the three additional Electrodes (39, 40, 41) such potentials can optionally be applied that the generation of a waveguiding crystal zone required voltage between the first and third and / or is applied between the second and third additional electrodes.

2. Device according to claim 1, characterized in that the three pairs of electrodes (30, 31; 33, 34; 36, 37) form the three arms of a Y-shaped arrangement, and that the third additional Electrode (41) has the shape of a triangle, one side of which is connected to the ends of the other electrodes (34, 36) of the second and third pair of electrodes and its opposite side Tip at the point between the ends of the electrodes (30, 31) of the first pair of electrodes lies. so

3. Device according to claim 1 or 2, characterized in that a control signal source is provided is, with which a reference potential (0) can be applied to the third additional electrode (41) in contrast, negative potential at one electrode (30, 33) of the first and the second Pair and to the other electrode (36) of the third pair, a positive potential to each of the the other electrode (31,34) of the first and the second pair and to one electrode (37) of the third Pair, and optionally a negative potential on the first additional electrode (39) and reference potential to the second additional electrode (40) or positive potential to the second additional Electrode (40) and reference potential to the first additional electrode (39).

The invention relates to an optical waveguide device according to the preamble of claim 1.

As is known from "Applied Physics Letters", Volume 19 (1971), pp. 128-130, "stress-induced" optical waveguides can be realized by using the refractive index of an electro-optical crystal that is essentially transparent to light waves, such as e.g. B. LiNbO _{3 increased} in a certain zone. For crystals with a positive electro-optic coefficient, a positively directed potential gradient is required, while a negative electro-optic coefficient requires a negatively directed potential gradient. The zone of changed refractive index is defined by electrodes which are arranged on one and the same surface of the crystal. The electrodes can be applied to the surface of a crystal block of electro-optic material by means of a normal photolithographic process, as is known from the manufacture of printed circuit boards. When a voltage is applied to the electrodes lying next to one another in pairs, if the potential gradient in a limited zone of the crystal is sufficiently large, its refractive index can be increased to such an extent that the zone acts as an optical waveguide.

In the case of many crystals, such as the aforementioned LiNbO ₃ , the size of the electro-optical coefficient depends on the polarization of the light energy propagating in the crystal, ie this coefficient is different for different polarizations. An optical waveguide formed in a zone of such an electro-optical crystal can thus have a polarization-selective effect, that is, depending on the amount of the applied voltage gradient, it can transmit one or both orthogonal polarization components of an incoming light wave and show different propagation characteristics for different polarizations.

From "IBM Technical Disclosure Bull." 14 (1971), pp. 999-1000, optical waveguides are also included on the opposite surfaces of a ferroelectric Plate arranged electrodes known, of which the electrodes on one side of the plate through their geometric arrangement can form a light switch, depending on the polarity of the applied Voltages Light guided from a first waveguide into a second waveguide parallel thereto can be. This known arrangement is for stress-induced light guides of the type mentioned above not suitable and otherwise limited to polarized lichi.

The invention is based on the object of providing a light guide arrangement of the type mentioned at the beginning indicate which the relay of light au; a first waveguide optionally into a second and / or third waveguide allows.

The invention solves this problem by means of the characterizing features of claim 1.

The switching arrangement with the spatially and electrically separated additional pairs of the three electrodes Chen electrodes determine the path of light, ji after which voltages one applies to control these electrodes.

An embodiment of the present invention is explained with reference to the drawing:

F i g. 1 shows schematically an optical waveguide from »Appl. Phys. Letters «19, pp. 128-130 known